domingo, 5 de mayo de 2013

Cohetes: el medio de transporte más lento (¡¿?!)


  Un tren sale de Madrid a las 8.35 y llega a la estación María Zambrano de Málaga a las 10.55. Si la distancia por ferrocarril entre Málaga y Madrid es de 508 Km., ¿A qué velocidad media se desplazaba el tren?
  Solución: 217 Km/h.
  Un avión sale de Barcelona con destino a Londres a las 7.30 y llega a la capital británica a las 8.55. Si la distancia entre Barcelona y Londres es de 1139 km., ¿A qué velocidad se desplazaba el avión?
  Solución: 804 Km/h
....
  Perdón, esto no es una clase de matemáticas elementales. Son ejemplos, nada más, de las velocidades que alcanzan algunos medios de transporte en la actualidad. Seguimos:
  Un cohete espacial despega de su rampa de lanzamiento a las 6.00 hora local del cosmódromo, y llega a la Estación Espacial Internacional dos días después. Si la Estación Espacial se halla orbitando la Tierra a una altura de unos 450 Kilómetros, ¿Cuál es la velocidad media de la nave espacial?
Solución: Unos nueve kilómetros y medio aproximadamente. Casi como ir andando.
O sea, lo dicho, el cohete: el medio de transporte más lento...



 Bien, bien, ya oigo esas airadas protestas. Sí, he tergiversado un poco los datos, para poder llegar a este razonamiento. En realidad, el cohete es actualmente el medio de transporte más rápido que existe pero, debido a los caprichos de la mecánica orbital, hay que dar una serie de rodeos para llegar a los sitios. Además, el hecho de que la ISS se encuentre a 400 y pico kms de altura no quiere decir que esté quieta ahí encima del lugar de donde salen los cohetes, para que estos puedan ir directamente a su encuentro. No, la estación espacial orbita la Tierra a casi 30.000 km por hora y una nave que vaya a su encuentro deberá realizar una serie de maniobras, incluyendo cambios de órbita, persecuciones, frenazos y acelerones hasta encontrarse en disposición de acoplarse a aquella. Pero la percepción para los profanos es, en cualquier caso, una idea de cierta lentitud. Y para evitarlo, los ingenieros del programa de cohetes rusos han ideado el "Soyuz Express", que no es una nave más rápida ni un cohete más potente, ni nada de eso. El hardware es el mismo. Lo que se cambia es el perfil de la misión.

  Habitualmente, una nave Soyuz despega del cosmódromo de Baikonur y se sitúa en una órbita más baja que la ocupada por la ISS, por lo cual, posteriormente, deberá trazar lo que se conoce como una órbita de transferencia para alcanzar a aquella. La altitud se consigue por la combinación de dos factores: la potencia del cohete y el impulso que la propia rotación de la Tierra imprime a aquel (para comprender esto último imaginemos el ejemplo de la persona que salta desde un tiovivo en movimiento. Aparte de su salto lleva el impulso de la rotación del tiovivo, por lo que sale trastabillando al llegar al suelo porque su cuerpo tiende a seguir avanzando en el mismo sentido del giro). Ni que decir tiene que, generalmente, los cohetes que se lanzan desde la Tierra salen en dirección oeste-este, para aprovechar esta circunstancia (de nuevo, las protestas...sí, ya se que salen hacia arriba, pero en realidad van haciendo una amplia parábola).

  Al hilo de esto, hay que recordar que la velocidad de rotación de la Tierra es máxima en el Ecuador, disminuyendo gradualmente hacia los polos, es decir, distintos puntos de la Tierra tienen diferentes velocidades angulares, en función de su latitud. Esto se entiende fácilmente si pensamos que la distancia recorrida por un punto de la esfera terrestre en el movimiento de rotación de la misma equivale a la longitud de la circunferencia del paralelo donde se sitúa ese punto(Alguien propuso la idea de "rebanadas" para comprenderlo mejor: cada rebanada es un poco más pequeña, conforme aumenta la latitud). Así, un lugar situado en el ecuador terrestre recorrerá 40.000 km -que es la longitud del Ecuador- en un día, lo cual es lo mismo que decir 1666 km por hora. Por la misma razón, en los polos, la velocidad angular es, idealmente, igual a cero. Sin embargo, si uno se encuentra, por ejemplo, a mitad de camino entre el ecuador y el polo, en la latitud 45º, su paralelo (o rebanada) tendrá una circunferencia de unos 28290 km, lo cual implica una velocidad lineal de unos 1178 km/h.
  En todo esto, los cohetes que parten de Baikonur tienen una cierta desventaja, ya que dicho Cosmódromo se encuentra muy al norte, en la latitud 46º aproximadamente, dado que Rusia no tiene posesiones más al sur. La Nasa dispone de una situación más ventajosa, pues su puerto espacial, Cabo Cañaveral, se encuentra en una latitud de unos 28 grados y medio. La mejor localización para lanzamientos, sin embargo, corresponde a la ESA, que dispone de la base de Kourou, en la Guayana Francesa, muy cerquita del Ecuador (5º 10').
  La realidad de las velocidades orbitales y todo eso es muchísimo más compleja, pero sirvan estos detalles para hacerse una idea. La cuestión es que, en los perfiles habituales de las misiones Soyuz, desde el lanzamiento hasta el acoplamiento con la ISS, los astronautas deben pasar un par de días persiguiendo por esas órbitas de Dios a la dichosa Estación. Y menos mal que disponen del desahogo de los 5 metros cúbicos del módulo orbital, ya que pasar esos dos días como sardinas en lata en la cápsula, acuclillados en esos miniasientos y sin espacio apenas para moverse, hubiera sido inhumano.


  Pero, por fin, a alguien se le ocurrió que podía acortarse la duración de dicho viaje. En esencia se trata de planificar con extrema precisión todos los momentos del vuelo. Cada día, la Estación Espacial pasa un par de veces sobre Baikonur (esto es así intencionadamente, ya que por los ya descritos caprichos de la mecánica orbital, un cohete nunca podría alcanzar una órbita con una inclinación inferior a la latitud de la que procede, a no ser a costa de un desmesurado consumo de combustible). Si se hace coincidir el lanzamiento del cohete con el momento exacto del paso de la Estación por encima del cosmódromo se consigue que aquel entre en el mismo plano orbital y a una distancia relativamente corta por detrás del complejo orbital. Dado que, inicialmente, la velocidad del cohete es ligeramente mayor que la de su objetivo, podrá alcanzar aquel en poco tiempo. Además, la ISS colabora en la cita maniobrando por su parte para acercarse al vehículo que viene a su encuentro. Todo esto no es nuevo, ya que rusos y americanos lo habían experimentado con las antiguas plataformas orbitales Saliut y Skylab, respectivamente, aunque nunca se había hecho, hasta ahora, con un ingenio tan enorme como la ISS, cuya maniobrabilidad es muy limitada. Antes de poner en práctica el “Soyuz Express” con una nave tripulada (Soyuz TMA 08, 28/3/2013), ya se había experimentado con la cápsula Progress –conocida como el carguero espacial-, una versión no tripulada de la Soyuz, encargada de llevar suministros a la Estación Internacional.
  En fin, el resultado fue que Vinogradov, Misurkin y Cassidy solo tardaron seis horas en alcanzar su destino, aunque, a cambio, no pudieron descansar ni quitarse los “Sokol” en ningún momento del viaje.

Enlaces: En estos sitios he encontrado mucha y muy buena información sobre el tema:
http://www.microsiervos.com/archivo/ciencia/lanzamiento-soyuz-tma-08m.html 
http://danielmarin.blogspot.com.es/2010/12/como-viajar-la-estacion-espacial.html 
http://danielmarin.blogspot.com.es/2012/11/como-acoplar-una-nave-soyuz-con-la-iss.html


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